カリフォルニア大学デービス校の安德烈Knoesen博士と滨Radulaski博士からMathWorksに寄せられたコメント
エンジニアリングの問題解決コ，スでは，カリフォルニア大学デービス校(加州大学戴维斯分校)の工学部1年生がプログラミングの基礎を学びながら,課題が部分的にしか定義されていない問題に取り組んでいます。COVID-19のパンデミックでオンライン学習への移行を余儀なくされたとき,私たちは自ら,創造的な問題解決法を見つけました。コスがオンランに移行したときに，学生の関心をどのように維持したらよいでしょうか。
私たは，試験や授業内での評価よりも，学生チムがmatlab®のスキルを利用して自分たちで選んだアプリケーションを構築する最終プロジェクトに多くの時間を割き,重点を置くことにしました(図1)。MATLAB移动™およびThingSpeak™をコースに組み入れることで,学生が自身のモバイルデバイスからデータを取得し,異なる場所にいるチームメンバーと簡単にやり取りできるようにしました。また,ThingSpeakによって,学生たちは遠隔操作によるやり取りを促進するアプリを構築することができました。遠隔学習には困難な面があるにもかかわらず,コース終了時のアンケートや高品質のアプリから,学生が授業を楽しみ,教材を使った学習に積極的に参加していたことを確認できました。
図 1.エンジニアリングの問題解決コスで学生が作成したmatlabアプリ。
オンラ@ @ン学習の基礎
私たは，この数年，matlabを使用してエンジニアリングの問題解決のコ，スを指導してきました。その理由の1つは,MATLABを使用することで,未経験からでも短時間でプログラミングを習得できるからです。パンデミック以前から使用していたMATLABベースの教材やツールが,オンライン学習に移行する際の基礎になりました。対面で指導する場合は，たとえばMATLAB简介zyBook1の中から週替わりの読解問題を課題に出しました。各読解問題には，対応する概念を理解するための練習問題が用意されていました(図2)。提出された課題はMATLAB年级™で自動的に採点され，すぐに個別のフィ，ドバックを行うことができました。
図 2.配列の@ @ンデックス付けの演習。画像著作権:介绍MATLAB zyBook
講義では,読解問題で学んだ内容を復習し,対話的なMATLABライブスクリプトを使用して例題を通して進めていきました。ラブエディタを開いた状態で,配列処理,データ解析,フロー制御,手順およびオブジェクト指向プログラミング,UI設計など,コースで取り扱うトピックごとに簡単なコーディング例のデモを行いました。
1学期の終わりには，学生たはコスを通して学んだことを最終プロジェクトで応用していました。これらのプロジェクトでは，App Designerを使用してアプリを作成しました。グラフィカル要素はすべてオブジェクトとしてプログラムで制御されるため,UI設計ではオブジェクト指向プログラミングの概念が強化されます。また，情報伝達において学生が自身の創造性を発揮する機会にもなります。
ThingSpeakおよびMATLAB Mobileを使用したスム，ズな移行
zyBookおよびライブスクリプトは,対話的な自己学習をサポートしているため,オンライン学習への移行が容易でした。ただし，いくかのコス変更が必要でした。9人の大学院生ティーチングアシスタント(TA)に加えて,このコースを受講したばかりの2人の学部生助教を配置しました。オンラインフォーラムでは,学部生助教が経験に基づいてヒントを共有したり,ガイダンスを行ったりしました。また,教材の紹介やデモを行うライブスクリプトを使用して,非同期型(録画)と同期型(ライブ)の講義の両方を行いました。
学生がアプリケーションの設計と実装により多くの時間をかけられるようにすることに加え、社会的距離の要件によりチームが密接に協力することができないとはいえ,チームにとって興味深い経験になるようにしたいと考えました。私たはThingSpeakおよびMATLAB Mobileに解決策を見出しました。
物联网解析サービスとして設計されたThingSpeakには,初めてプログラミングをする人でも,データをクラウドに保存して共有することが可能な,便利で簡単に実装できるメカニズムが用意されていました。そして何より重要なのは,ThingSpeakを使うことで,学生たちがグループプロジェクトについて遠隔操作でお互いにやり取りできるようになったことです。一方,MATLAB移动を使用して,チームはモバイルデバイスに組み込まれているセンサーかGPSやら位置,速度,加速度などの他の実際のデータを取得することができました。
学生は,カードゲーム,ダイスゲーム,センサーベースのアプリの3つのカテゴリーから最終的なプロジェクトを選択することができました。カードゲームやダイスゲームでは,ThingSpeakを使用して,プレイしたカードの組や数,またはダイスを振った数などの情報をプレーヤー間で交換する必要がありました。学生たちは,MATLAB移动を使用してモバイルデバイスからセンサーデータを取得し,MATLAB驱动を使用してセンサーデータをクラウドに保存し,ThingSpeakを使用してWebベースのゲームを実装するためにデータセグメントを保存して取得しました。関数thingspeakreadおよびthingspeakwriteを使用して，ThingSpeakチャネルのデ，タの読み取りおよび書き込みを行いました。また,ThingSpeakを使用して,ツイートなどのアクションを起こしたり,可視化したりする学生もいました。程序设计师学生たちはで作成した対話型のアプリを通して,ThingSpeakと通信を行いました。
各チームは,アプリの構築に加えて,アプリのデモと作成したコードの機能を説明するビデオを作成する必要がありました。最近のプロジェクトでは,カードゲーム疯狂的8,快艇骰子のほか,ユーザーの位置,速度,加速度を経時的に追跡するアプリ(図3)などを実装しました。学生たが作成したアプリとビデオを見るとき，私たはその創造性と高度な内容にいも感銘を受けます。学生たちは,実際のアプリケーションで具体的なデータを直接扱うことで,高いモチベーションを保つことができたのです。
図 3.ある学生が作成した，gpsセンサ，のデ，タを取得して追跡するmatlabアプリ。
あるチームでは,チャネルビューに地図の可視化を統合し,実際のデータから得られるライブの結果を表示しました(図4左)。そのチ，ムでは，自分た，の個人デ，タを使用することで，処理された結果をすぐに見ることができました。ThingSpeakチャネルで数値表示ウィジェットを使用した別のチームでは (図 4 右)、共有したゲームのデバッグを迅速に行うことができました。
図 4.学生による最終プロジェクトのビデオプレゼンテ，ションでの，ThingSpeak，チャネルビュ，。
対面型授業に戻るための準備
対面型授業の再開に向けたステップとして,カリフォルニア大学の各キャンパスで教室とオンラインを組み合わせたハイブリッドモデルを導入する際には,これまでに実装してきたコースの変更点の多くをそのまま保持する予定です。たとえば，在学生から圧倒的な支持を得ている学部生によるtaプログラムは保持します。また,MATLAB移动やThingSpeakを使用して,学生に一部の研究作業や最終プロジェクトをリモートで完成させることもおそらく継続することになります。これらの技術を取り入れることで,本来は理論に基づくプログラミングのコースではありますが,学生にハードウェアに触れる機会を与えることができます。これらのルは，数百人規模の学生が在籍するクラスでも使用することができます。学生が自身のデバスのセンサを使用できるため，センサハドウェアを用意する必要がありません。また,ハードウェアのセットアップを必要としないため,学生はすぐにデータ収集を開始することができます。これまでと同様,私たちの第一の目標は,実際のデータを収集,交換,解析する高度な対話型のアプリをわずか10週間で作成できることを学生に教え,彼らに自信を持たせることです。
学部生taのコメント
穆斯塔法·易卜拉欣と特奥多拉·彼得罗维奇は，エンジニアリングの問題解決コスで学部生taを務めました。ごく最近このコースを修了し,図3のアプリを作成した経験をもつ彼らは,アプリをどのように設計したか,チームとしてどのように取り組んだか,どこで行き詰まったか,技術的な質問に対する答えをどこで見つけたかについて説明するビデオを作成し,クラスメートをサポートしました。(彼らによると，MATLAB中央のフォ，ラムは非常に有益な情報源であったということです.)
易卜拉欣と罗维奇は,このコースで学んだMATLABスキルを,TAを続けながら活用しています。“データの解析と可視化にMATLABを使用する加州大学戴维斯分校フォーミュラレーシングチームの一員として,MATLABの使用経験が役立っています”と易卜拉欣は語っています。
彼得罗维奇は次のようにも語っています。“クラブや他の授業でも使用できるmatlabにいて，多くのことを学びました。”また，答えを探求し，探し出す方法も学びました。そして何より，うまくいかないことがあっても，挑戦し続けることの大切さを学びました。なぜなら，いにやり遂げたとき，ながるからです。」
1André Knoesen博士はMATLAB简介の共著者です。
